（免费下载）GB/Z 32585-2016 1000MW级混流式水轮机模型验收试验导则
1 范围
1 范围
本指导性技术文件规定了验证主要水力性能的合同保证值是否得到满足所进行的1000MW级混流式水轮机模型验收试验。
本指导性技术文件适用于在试验室条件下所进行的1000MW级混流式水轮机模型同台对比试验和模型验收试验。
本指导性技术文件的1000MW级混流式水轮机是指额定功率(或铭牌功率)为水轮机额定功率(或铭牌功率)为862MW～1100MW，且额定水头范围在100m～300m之间的混流式水轮机。
只要机械的结构或部件不影响模型的性能或模型与原型间的相互关系，那么本指导性技术文件既不涉及机械的详细结构，也不涉及机械部件的机械性能。
2 规范性引用文件
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB／T 10969-2008 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机通流部件技术条件
GB／T 15613.1-2008 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验 第一部分：通用规定(IEC 60193：1999，NEQ)
GB／T 15613.2-2008 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验 第二部分：常规水力性能试验(IEC 60193：1999，NEQ)
GB／T 15613.3-2008 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验 第三部分：辅助性能试验(IEC 60193：1999，NEQ)
3 术语、定义和符号
3.1
模型同台对比试验 model compare test at the same test stand
电站水轮机招标过程中，根据买方要求，为评价不同卖方投标用模型水轮机水力性能水平，在第三方同一座试验台对卖方提供的模型水轮机分别进行的水轮机模型性能试验，由第三方对试验结果进行比较。
3.2
模型验收试验 model acceptance test
电站水轮机签订合同后，买方对卖方最终设计完成的模型水轮机在卖方试验台或指定的第三方试验台进行的水力性能试验。
3.3
电站空化基准面 cavitation reference level of plant
Zcp
水轮机导叶中心水平面的高程，单位为米(m)。
3.4
模型空化基准面 cavitation reference level of model
Zcm
模型水轮机导叶中心水平面的高程，单位为米(m)。
3.5
空化系数1(临界空化1) thoma number one
σ1
与无空化工况下相比，水力效率下降1％时所对应的空化系数。
3.6
初生空化系数 incipient thoma number
σi
在转轮叶片上出现可见气泡时对应的空化系数，通常以3个叶片出现可见气泡时为判断标准。
3.7
样本总数 number of sum samples
N
用于计算的总样本数。
3.8
样本数 number of samples
Nw
用于时间窗分析的样本数。
3.9
97％置信度对应下的峰峰值 peak-to-peak value with a 97％ confidence interval
△Xpp,97％
按照概率统计分析，取置信度97％下最大值与最小值的差值。
3.10
采样时间间隔 sampling time interval
△t
两次采样之间间隔的最短时间，单位为秒(s)。
3.11
采样频率(采样率) sampling frequency(sampling rate)
fs
采样时间间隔的倒数，单位为赫兹(Hz)。
3.12
时间窗 time window duration
tw
选定的用于傅里叶变换频率分析的时间段，单位为秒(s)。
tw＝Nw·△t
3.13
频率分辨率 frequency resolution
△f
离散傅里叶变换中两个连续值之间最小频率间隔(采样频率与样本数比值)，单位为赫兹(Hz)。
3.14
信号记录时长(采集时间) signal record time duration(Acquisition time)
tr
信号总的采集时长，单位为秒(s)。
注1：信号记录时长tr内的压力脉动时域信号，每个tr应至少包括5个时间窗(tw)；
注2：采用傅里叶变换对信号进行频域分析，根据试验水轮机的旋转频率选定合适的频率分辨率△f；
注3：使用概率统计对试验数据进行处理，表征压力脉动特性的特征值为取97％置信度下的峰峰值。
图1 压力脉动数据采集分析示意图
4 水力性能
4.1 水力效率换算
水轮机的原型效率值根据模型试验对应的效率值换算确定，若模型试验能够在固定的雷诺数ReM*下进行，可以直接和模型保证值进行比较。若模型试验不能在雷诺数为常数下进行，各工况点具有不同的雷诺数ReM，则将测出的不同ReM下的模型试验点效率值转换到固定雷诺数ReM*下的效率值，换算式如式(1)、式(2)、式(3)所示：
式中：
(△ηh)M→M*——ReM下换算至ReM*下的效率值；
Reref——参考雷诺数；
ReoptM——模型最优效率点的雷诺数；
Vref——可按比尺效应的损失与总损失的比值。
模型试验效率值经过上述换算后，参照固定的雷诺数ReM*，将固定雷诺数下的模型效率值ηhM*换算到原型雷诺数Rep下，换算式如式(4)、式(5)所示：
建议取ReM*＝7×106或其他合理数值，在模型试验报告中，同时提供ReM下和ReM*下的效率值，和模型效率保证值的比较采用ReM*下的效率值。
4.2 流量、水头和功率的换算
流量、水头和功率的换算式如式(6)、式(7)、式(8)所示：
式中：
PmM＝ρMQMHMηhMgM。
4.4 空化性能和观测试验
在选定的工况下，改变空化系数，同时依靠观测设备记录空化现象，分析空化对水力性能的影响，确定电站运行范围内的临界空化系数和初生空化系数。
在电站空化系数下，观测水轮机涡带、转轮叶道涡的初生和发展、叶片头部正背面脱流(空化)、转轮出口脱流、叶片卡门涡初生等现象，记录试验工况点参数，同时采用手工绘图、拍照、录像等方式对上述现象进行记录。
4.6 拓展的运行范围内进行的试验
水轮机的水力性能的全面描述用图2中象限1和象限4表示，除进行常规水力性能试验和飞逸试验外，还应进行水轮机制动、零流量和反转水泵试验。
图2 水轮机象限1、象限4运行图的示例
5 试验的执行
5.1 对试验台的要求
模型试验台应满足以下基本要求：
a) 试验台模型效率综合测试误差应不大于±0.25％；
b) 压力脉动试验数据采集系统的采样频率应不小于每通道2kHz，其A／D转换器分辨率不小于16位；压力脉动传感器的频率响应范围应能覆盖被测信号的全部有用频率，分辨率应小于0.1kPa；
c) 具备水轮机制动、飞逸、零流量和反转水泵工况特性试验的能力，在上述工况区域能够稳定的采集足够多的试验数据点；
d) 试验台还应满足GB／T 15613.1-2008中5.1.2的要求。
5.2 模型尺寸和试验条件
模型转轮的尺寸和试验条件应满足表1规定的模型转轮最小尺寸及最低试验参数，其他要求参照GB／T 15613.1-2008～GB／T 15613.3-2008执行。
表1 模型尺寸最小值及最低试验参数
| 雷诺数Re |
水头H（m） | 直径D2/m |
| 4×106 | 30/300 | 0.25 |
6 模型同台对比试验
6.1 概述
模型同台对比试验是由招标人组织在指定的第三方同一座试验台上进行，目的是通过模型对比试验验证模型初步试验报告结果，评价不同投标人模型水轮机水力性能。对比试验内容包括模型的各种主要水力性能的测试。用于同台对比试验的试验台应满足5.1中要求。
6.2 同台对比试验的实施
同台对比试验按以下规则实施：
a) 除转动部分和导水机构外，模型水轮机其他部件的安装和调试由同台对比试验方负责，投标人应派技术代表协调指导安装工作，并检查安装质量；
b) 招标人可派代表参加同台对比试验；
c) 投标人可派代表参与同台对比试验。
6.3 模型水轮机要求
模型水轮机整个流道自蜗壳进口到尾水管出口应与原型水轮机几何相似。用于水头测量的蜗壳进口和尾水管出口测量断面位置应与原型几何相似，蜗壳进口测量断面应在蜗壳进口段圆断面附近，尾水管出口测量断面应放在尾水管出口附近。
模型水轮机包括蜗壳、座环、顶盖、导叶、转轮、基础环、底环和尾水管在内的整个流道，应在模型水轮机适当位置设置窗口或透明部分。
模型水轮机的几何尺寸偏差不得大于GB／T 10969-2008规定允许偏差的较小值。
6.4 同台对比试验内容
在试验前应拟定同台对比试验大纲，同台对比试验应包括以下内容：
a) 效率试验
首先进行最优效率点的测试，在能量工况下进行，试验方应给出该工况点的算例。
在电站空化系数下，按水轮机加权因子表所列工况点进行效率试验，并计算出加权平均效率。
b) 出力试验
在电站空化系数下进行水轮机功率保证值试验。
c) 空化试验
空化试验进行临界空化系数试验，并对初生空化进行观测和记录。
d) 压力脉动试验
压力脉动试验在对应原型特征水头和电站空化系数下进行，试验工况点应覆盖原型整个运行范围。
e) 飞逸试验
应获取原型最大稳态飞逸转速，按4.3执行。
f) 观测试验
在电站空化系数下对涡带、叶道涡、卡门涡和转轮叶片进口边正背面脱流等现象进行观测并记录。
g) 其他试验
试验大纲规定的其他试验。
6.5 同台对比试验报告
模型同台对比试验报告参照GB／T 15613.1-2008中5.3.3.5执行，通常还包括以下内容：
a) 分别对卖方模型水轮机同台对比试验结果和其模型初步试验报告结果进行比较；
b) 对不同卖方模型水轮机相同试验项目试验结果进行比较；
c) 如可能，给出参与对比的模型水轮机水力性能进一步优化的方向；
d) 对每一个参与同台对比的卖方模型水轮机水力性能给出综合评价；
e) 根据招标文件中性能要求，对所有参与同台对比的卖方模型水轮机水力性能给出结论性意见。
7 模型验收试验
7.2 模型验收试验内容
根据买方审核确定的验收试验大纲进行模型验收试验，应包括以下试验内容：
a) 效率试验
首先进行最优效率点的测试，在能量工况下进行，应给出该工况点的算例。
在电站空化系数下，按水轮机加权因子表所列工况点进行效率试验，并计算出加权平均效率。
b) 出力试验
在电站空化系数下进行水轮机功率保证值试验。
c) 空化试验
空化试验进行临界空化系数试验，并对初生空化进行观测和记录。
d) 压力脉动试验
压力脉动试验在对应原型特征水头和电站空化系数下进行，试验工况点应覆盖原型整个运行范围。
e) 飞逸试验
应获取原型最大稳态飞逸转速，按4.3执行。
f) 观测试验
在电站空化系数下对涡带、叶道涡、卡门涡和转轮叶片进口边正背面脱流等现象进行观测并记录。
g) 力特性试验、指数试验和拓展的运行范围内进行的试验
参照GB／T 15613.1-2008～GB／T 15613.3-2008相关内容执行。
h) 其他试验
试验大纲规定的其他试验。
7.3 模型几何尺寸检查
模型验收试验结束并经买方确认后，进行模型水轮机所有水力通道上重要尺寸的测量和记录，测量结果作为设计和制造原型水轮机的依据，模型尺寸检查按GB／T 10969-2008适用条款进行。
7.4 模型验收试验日志和纪要
模型验收试验日志和纪要参照GB／T 15613.1-2008中5.3.3.3.9执行。
7.5 最终模型试验报告
最终模型试验报告参照GB／T 15613.1-2008中5.3.3.5执行。
